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La présente invention concerne la pyrolyse du méthane, soit seul, soit mélangé avec l'hydrogène, pour donner des mélanges relativement non contaminés d'acétylène et d'hydrogène comme produite, Un procédé pour la pyrolyse d'hydrocarbures utilisant l'énergie électrique qui a constitué une opération industrielle est celui mis au point dans l'usine de production d'acétylène de "Chemische Werke Hüle" en Allemagne. Ce procédé utilise un arc électrique pour chauffer la charge d'hydrocarbu-- re gazeux.
Dans ce réacteur, on ne sait pas précisément à quel- ) le température l'Acétylène se forme réellement à partir du mé- thanes toutefois dans son noyau, l'arc brûle à 3000*0 environ, tandis qu'à l'extrémité du tube du réacteur, la température s'étend de 1600 à 2000*0 , de sorte qu'il est évident que tan- dits qu'une partie dea gas d'admis ion de réaction sont soumis à la température de l'arc, c'est-à-dire à 3000 C environ,
une partie importante détourne la partie la plus chaude de l'arc et est pyrolysée à des températures sensiblement inférieures Par conséquent le procédé d'ensemble implique une pyrolyse dans des conditions de temps et de température essentiellement non réglée qui conduisent ,d'une part, à la production d'hydro- carbures acétyléniques tels que le diacétylène et autres alkynes en des quantités importantes par suite de la pyrolyse à une température extrêmement élevée,
et en même temps des tem- pératures intérieures laissent une proportion considérable de méthane qui n'a pas réagi dans les cas effluente*
En raison de la présence de ces contaminants et des processus compliqués nécessaires pour obtenir la séparation efficace de lacéthylène et de l'hydrogène, l'isolement de ces composants a constitué normalement la base la plue coûteuse des
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procédés pyrolytiquee antérieurs.
Ou a découvert maintenant qu'on peut produire de l'acétylène et/ou de l'hydrogène par pyrolyse d'hydrocarbures, en-particulier le méthane, avec de bons rendements et de façon à éviter sensiblement les processus de raffinage et de récupé- ration dangereux et peu économiques connus jusqu'à, présent.
Ainsi, le procédé de la présente invention fournit un nouveau procédé de craquage thermique pour produire de l'acétylène et de l'hydrogène à partir des hydrocarbures, On a également découvert que dans les conditions réglées des températures de la pyrolyse des hydrocarbures, en particulier le méthane tel que l'on l'utilise, l'hydrogène, lorsqu'on l'utilise comme diluant, est exceptionnollement effi- cace et donne des avantages inattendus et totalement imprévus.
D'autres personnes ont prétendu qu'en utilisant divers gaz dilu- ante, 'on obtient le même effet qu'en opérant soue vide, .peu.):' autant que la pression partielle du méthane soit maintenue par la dilution à la même valeur que lorsqu'on opère sous vide.
Toutefois, dans ce procédé perfectionné, on a obtenu des résul- tats très améliorés en utilisant l'hydrogène. Il s'est avéré* possible d'opérer avec des mélanges de méthane et d'hydrogène à des pressions partielles du méthane de 350 mm Hg environ sans formation excessive de coke, tout en convertissant le méthane en acétylène. Le rendement en acétylène est comparable à ceux obtenus en utilisant une charge de méthane pur.
Le procédé dela présente invention présente trois domaines avantageux. Premièrement, il est possible par un choix correct des conditions d'obtenir essentiellement un mé. lange d'acétylène et d'hydrogène de façon que lorsqu'on récupère on fait réagir l'acétylène, il ne reste pratiquement que de l'hydrogène pur.
Deuxièmement, les rendements en acétylène sur la base de la consommation du méthane sont de 2 à 3 fois supé- rieurs aux rendements des procédés industriels actue@@, Troislè-
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mettent , la consommation d'énergie est par conséquent bien infé- rieure à celle des autres procédés, y compris le procédé tra- ditionnel au carbure que ces autres procédés bande sur les hydrocarbures n'ont pas été capables de détrôner,
Il est nécessaire, dans ce procédé de pyrolyse sélec- tive, de définir avec soin la zone réactionnelle dans laquelle la majeure partie de la pyrolyse se produit.
Dans la présente invention, le début de la zone réactionnelle est considéré com- me étant le point où la température des gaz réactifs atteint la première un niveau de 250"0 environ au-dessous de la températu- re maximum enregistrée. L'extrémité de la zone réactionnelle est ! considérée comme étant le point de refroidissement. Dans la zone réactionnelle, on estime que la température des gaz est à moins de 100*0 de la température de la. paroi du réacteur.
Ainsi, on obtient une zone réactionnelle sensiblement isotherme
On considere ceci dotant* tres important attendu que des degrés importants de pyrolyse à de faibles niveaux de température as- surent une altération défavorable du méthane en coke et en pro- duits autres que l'acétylène.
Le procédé de l'invention, dans lequel le méthane constitue la charge, consiste à introduire le méthane dans un * zone réaotionnelle à une température maximum superieure à 1500*0 et à extraire successivement l'effluent à partir de la zone réaotionnelle à une température de 600*0 environ ou main.. la vitesse spatiale, c'est-à-dire le rapport du débit volumétri- que de la charge du méthane, à 0 C et sous une pression de 760 mm de mercure (Hg) en mètres cubes par seconde, au volume libre de la zone réactionnelle étant compris entre 20 secondes et
0,
05 seconde** . Des températures maxima de la zone réactionnel- le comprise entre 1500 et 2000*0. cont généralement préférées aux fins de la présente invention, tandis qu'une température maximum comprise ent:re 1500 et 1750 C fournit normalement des
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des rendements optima en même temps qu'une absence définitive des contaminants.
Il est évident que par suite de la courte dure* de séjour accordée au gaz réactif dans la zone réaotionnelle, les températures maxima aus-mentionnées doivent être atteintes en une période de temps très brève. Il est aussi évident que la diminution à des températures sensiblement inférieures aux tem- pératures maxima implique un refroidissement rapide en rapport avec la durée de séjour dans la zone résctionnelle. Ce refroi- dissement doit être effectué de préférence à une température de ; 300*0 ou moine. Toutefois, normalement, un refroidissement ra- pide à une température de 600*0 ou moins, par exemple à 500*C , est possible et avantageux.
En raison de ce refroidissement, la décomposition, l'hydrogénation ou la polymérisation du l'acéty- lène produit sont évitées. On peut réaliser le refroidissement aux températures ambiantes à une vitesse sensiblement inférieure et plus classique. Pour atteindre la grande vitesse de refroi- dissement initial, on utilise normalement une injection de gaz ou liquide froid dans le produit gazeux . Naturellement, il est préférable que le gaz ou liquide entraîné ou admis dans les gaz produits chauds soit de nature à ne pas contaminer le cou- rant de produit avec des gaz qui sont difficiles à éliminer, et qui supprimeraient ainsi certains des avantages de l'inven- tion.
Il n'est pas nécessaire que la matière de charge ad- mine dans le réacteur soit constituée par du méthane pur. On a découvert que les sources industrielles du méthane, c'est-à- dire le gaz naturel, le gaz de four à coke, contenant de fai- bled quantités d'autre. hydrocarbures ne sont pas nuisible** 11 , peut exister également diverses quantités de gaz in @ que l'azote, dans le courant de charge. Il peut aussi @ de faibles quantités de gaz, tels que par exemple l'oxygene et
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l' anhydride carbonique. On a noté que la quantité de coke dépo- sé dans la zone réactionnelle du réacteur, augmente en présence des hydrocarbures supérieurs.
La pression régnant dans la zone réactionnelle est habituellement comprise entre 50 mm et 115 mm Hg de pression absolue, de préférence de 80 à 115 mm Hg de pression absolue.
Lorsqu'on soumet des hydrocarbures présentant un poids moléculaire supérieur à celui du méthane à des températu- res comprises dans la gamme de la présente invention, on sait que les produits de la pyrolyse comprennent le méthane. La décom- position du méthane ainsi formée se poursuit pour forcer de l'a- cétylène et de l'hydrogène suivant la présente invention. Ainsi, il est évident que si l'on utilise des hydrocarbures à poids moléculaire supérieur à celui du méthane, tels quels ou comme impuretés dans la matière de charge du méthane, la réaction se poursuit sensiblement de la même façon que pour la pyrolyse du méthane à partir d'unematière de charge initiale.
En outre, attendu que la décomposition primaire des hydrocarbures plus lourds se produit plue rapidement que le craquage du méthane proprement dit, le craquage du méthane constitue également le stade de réglage de la pyrolyse de ces matières pour fournir de l'acétylène. Ainsi.la vitesse spatiale optimum dans le ré.. acteur pour la pyrolyse des hydrocarbares à poids moléculaire j supérieur se trouve vers la plus courre extrémité de la gamme mentionnée ci-dessus, c'est-à-dire où la vitesse spatiale effective (Se) se rapproche de 0,5 atmosphère seconde .
En outre, jusqu'à présent,, on a constaté qu'aux niveaux avanta- geux de la pression du réacteur, il est très difficile d'opérer avec des hydrocarbures à poids moléculaire supérieur à celui du méthane en raison de la vitesse, de formation du coke et du goudron qui et relativement très élevée.
D'après le comporte., ment du méthane en présence d'hydrogène, on s'attend à ce que les hydrocarbur@@ @ poids moléculaire supérieur, avec une dilu-
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tion d'hydrogène correcte, pourraient également être commode- ment pyrolyses en acétylène et un hydrogène d'une façon analo- gue.
Par exemple, on pourrait pyrolyser des hydrocarbures à poids moléculaire supérieur par ce procédé pour obtenir des rendements élevée en acétylène et en hydrogène, par exemple l'thane, etc..,:
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Sous ce rapport, en utilisant l'hydrogène corne dilu- j ant, le procédé de la présente invention consiste à introduire un mélange de méthane et d'hydrogène dans una zone réactionnel- le dans laquelle la température maximum régnant dans la zone
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réactionnelle efficace est supérieure à .400 C, à évacuer l'et- fluent de la zone réactionnelle et au point d'évacuation à re- froidie lleffluent à une température de 60000 environ ou moins, .
des températures inférieures étant possibles et aytutageunes, Attendu .que le gaz a été principalement chauffé pendant son passage à tracera le réacteur et est chauffé et craqué pendant
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son passage à travers la sono rétetictmellw micsoe, 1a tempe- rature du gaz atteint une crrta.netsznp3ratur maxiatum pendant on passage à travers la zone réactionnelle, avant le re- froidiesement.
Otent cette température maximum qui caractérise la réaction et qui est désignée par température maximum de la zone réaotionnolle . Les températures maxima régnant dans la
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zone réactionnelle comprises entre 1.450 et 2000*0 sont généra- lement préférées, tandis qu'une température maximum Minutieuse-
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ment réglée comprite entre 1500 et 1800*0 environ donne normale ment des rendements optima en plus de l'absence définitive des contaminants.
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la vitesse spatiale (Sv) est établie de la façon oui..
. vante ! Sv =
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ou. 'If " débit des gaz de charge, m3/seconde mesuré à 000 et sous une pression absolue de z60 cis Es; V1 volume du réacteur, m3
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Toutefois, dans ce procéda perfectionné, attendu que le gas de charge n'est pas du méthane; pur, maie un mélange de méthane et d'hydrogène, une nouvelle expression, désignée ci-après par vitesse spatiale efficace, a été définie de la fa- çon suivante
Vitesse spatiale efficace :
Se Sv/P = sec. -1 atmosphère, dans laquelle? est la pression totale du réacteur en atmosphères.
Ou calcule le volume du réacteur à partir du point ou la charge des gaz réactifs atteint en premier lieu une tempé- rature à moins de 250*0 environ de la' température maximum du réactaur au point où le refroidissement se produit. Les propor- tions de l'hydrogène au méthane de la Charge admise dans la zo- ne du réacteur sont comprises entre des rapports molaires de 1:1 er de 39:1.
Par conséquent, la gamme des valeurs de 8e dans' laquelle le présent procédé peut Atre mis en oeuvre est oompri- se entra 0,72 sec-1 atmosphère-1 et 60,7 secondes-1 atmosphère
Aux fins de ce qui précède, la formule ci-dessus de la vitesse spatiale efficace est la définition de la vitesse spatiale efficace pour la réaction.
Lorsqu'on l'utilise dans le procédé sélectif à haute température, 1'hydrogène a un autre avantage spécial attendu que le procédé lui-même peut fournir un courant d'hydrogène relativement pur après élimination de l'acétylène du gaz efflu- ent; ainsi, un processus de séparation compliqué n'est pas né- cessaire pour éliminer ou récupérer le méthane qui n'a pas réai' de l'effluent. D'autre part, si l'on n'enlève pas le méthane qui n'a pas réagi dans le cas d'autres procédés de pyrolyse décrits dans la technique antérieure, le méthane éliminé ou évacué dans le-gaz effluent constitua une perte immédiate dans le rendement de l'utilisation du méthane.
En outre, le chauffage.
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et la refroidissement du méthane non récupéré conduisant à une perte en énergie qui augmente les frais de l'opération*
En outre,dans d'autres types de procédés dans leu- quels les gaz effluents sont contaminés par de grandes quanti- tés d'oxyde de carbone et d'anhydride carbonique, l'utilisation de l'hydrogène comme diluant devient impossible et n'est pas indiquée attendu que les réactions défavorables se produiraient aux températures élevées. Ainsi, le prient procédé permet d'u- tiliser la dilution avec l'hydrogène pc-ur la première fois d'une façon pratique dans la fabrication de l'acétylène.
Toutefois il est inutile de limiter la réalisation du perfectionnement à l'application de l'hydrogène par. Par exemple, si l'on désire utiliser l'hydrogène produit par le pré-, sent procédé dans la fabrication de l'ammoniac, on peut utiliser un mélange contenant jusqu'à 1 partie d'azote soit à l'état li- bre soit & l'état combiné pour trois parties d'hydrogène(la to- ; talité de 1'hydrogène dans la charge et de celui prévu à partir de la pyrolyse).
Un tel mélange présenterait des avantages cer- tains si la charge du procédé de fabrication de l'ammoniac de- , Tait être débarrassée des traces d'impuretés au moyen d'un la- vage à l'azote liquide, attendu que l'hydrogène influent prove- nant d'un, tel lavage contiendrait naturellement une certaine quantité d'azote* D'une façon analogue, si l'on devait utiliser l'hydrogène dans la fabrication du méthanol, on pourrait utili- ser l'oxyde de carbone, l'anhydride carbonique ou autre gaz ou leur mélange ou des composée,de ces derniers , En outre, dans le présent procédé,
la concentration de l'acétylène dans lef- fluent est suffisamment élevée pour permettre de l'utiliser directement dans séparation supplémentaire dans les procédés utilisant l'acétylène comme réactif.
Il est évident qu'eu raison de la durée d se* jour relativement courte accordée au gaz réactif dansla tous réac-
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tionnelle, les températures maxima susmentionnées doivent être atteintes en une période de temps très brève* Il est aussi évi- dent que l'abaissement du gas des températures sensiblement intérieures à la température maximum en question nécessite un refroidissement rapide compatible avec la brève durée de séjour dans la zone réactionnelle* Ce refroidissement devrait être ef- fectué de préférence à une température de 300*0 ou moine* Toute toit, normalement, un refroidissement rapide à une température de 700*0 ou moins ,
par exemple 500*0 eat possible et avantageux* En raison de ce refroidissement, on évite une décomposition, une hydrogénation ou polymérisation de l'acétylène produit* Ceci est particulièrement important en présence de'l'hydrogène. On peut poursuivre alors le refroidissement à la température ambiante à une vitesse sensiblement inférieure et plus classique. Pour par- venir à la grande vitesse de refroidissement initiale, on utili- se normalement une injection d'un gaz ou liquide froid dans le produit gazeux.
Naturellement, il est préférable que le gaz ou liquide entrainé ou admie dans les gaz produits chaude soit de nature à ne pas contaminer le courant de produit par des gaz qui sont difficiles à éliainer, et qui annuleraient ainsi cer- taine avantages de l'invention* L'effluent peut être refroidi par détente à travers un ajutage de Levai de façon à assurer une chute rapide de la température* Les gaz effluente à grande vite -;
se ainsi obtenue peuvent passer à travers une turbine pour ex- traire une partie de leur énergie, et ile peuvent être mélangés avec de l'eau ou autre milieu de refroidissement* La pression régnant dans la zone réactionnelle est essentiellement la pres- sion atmosphérique, bien qu'on puisse utiliser des pressions su- périeuree allant jusqu'à 5 atmosphères comme limite commode du niveau de pression dans des opérations indus trie lits de récupé- ration.
Les rendement@ varient si l'on utilise une dilution par l'hydrogène Un agencement donné à titre illustratif destina à
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être utilisé pour la mise en oeuvre de la présente invention à l'échelle du laboratoire est représenté sur les figures 1 à 3 des dessins annexée.
La figure 1 est une vue schématique des éléments de cet appareil donner à titre illustratif, dans lequel la charge de méthane minutieusement dosée avec ou sans dilution par l'hy- drogène est contrainte de passer à travers une chambre réaction- nelle électriquement chauffée et est rapidement refroidie dans les conditions décrites si-dessus Ainsi, par exemple, la tem- pérature maximum régnant dans la zone réactionnelle eat compri- se dans les gammen sus-mentionnées.
La charge appropriée est re- tirée du stockage, dosée et amenée à travern des cannes de ré- glage* A ce sujet, si on le désire, la concentration choisie de 1 '.hydrogène diluant est fournie par une quantité dosée d'hydro- ' gène qui est incorporé dans le courant de charge du méthane* La pression de la matière de charge est mesurée et le courant de charge est admis dans le réacteur chauffé électriquement .
Un réacteur approprié pour la mise en oeuvre de la réaction décrite par la présente demande est représenté en élé- vation interne sur la figure 2, et en coupe transversale sur la figure 3, Comme représenté sur ces figures, qui ne sont don- nées. qu'àtitre illustratif de la mise en oeuvra de l'inven- tion et non à titre limitatif, on voit que le réacteur(figure 3) est un système concentrique de tubes cylindriques dont le dia- mètre s'agrandit progressivement .
La charge contenant le méthane entrant par la con- duit 8 commandée par ur.e vanna 12 passe sur toute la longueur du réacteur 10 et. sort du plus petit tube 1 qui protège le thermocouple qui mesure les températures régnant dans le réac- tours t'agencement du thermocouple est constitué par un tube do protection du thermocouple en alumine 1 et un fil métallique de thermocouple en alliage de platine-platine-10% de rhodium,
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disposé dans ce dernier le long du tube de protection du ther- mocouple sensiblement vertical. Ce tube de protection du thermo- couple est disposé à l'intérieur et le long du plus grand tube 2 du réacteur.
Ces deux éléments et leur relation sont représen- tés sur la figure 1. Le thermocouple est utilisé pour obtenir une courbe longitudinale de température. Le tube 1 de protection du therocouple (diamètre externe 5 mm) est maintenu à l'inté- rieur du tube.
2 du réacteur par des presse-étoupes en des en- droits situés à l'extérieur de la zone chaude. Le tube 2 (diamè- tre interne 6,25mm) de réacteur est fait en alumine et est die- posé & l'intérieur d'un élément de résistance en graphite 3 des tiné à utiliser un courant électrique à basse tension allant jusqu'à 3 KV-ampère,en fournissant aimei suffisamment de cha- leur pour atteindre la température maximum dans le tube 2 du réacteur comme précédemment déorit, par exemple de 1750 C. L'es- pace annulaire 4 ménagé à 1' intérieur du tube 2 du réacteur de plus grand diamètre constitue ainsi la section droite du réac- teur .
Des parois cylindrique. successives en matière iso- lante sont disposées autour de l'élément de chauffage en graphi- te 3, Ainsi, par exemple, des parois réfractaires 5 en oxyde de zirconium et eu silicate d'aluminium, en même temps qu'un écran de rayonnement intermédiaire 6 en acier inoxydable et une paroi externe de tour '1 en cuivre sont avantageusement utilisés* La paroi externe 7 du réacteur est avantageusement refroidie par de l'eau.
Une fenêtre 11 est ménagée dans la paroi externe du réacteur pour permettre d'observer un voyant d'un pyromètre opti- que prévu sur le tube du réacteur (à travers une fente ménagée dans l'élément de résistance en graphite), en fournissant ainsi un moyen permettant de déterminer la température,
Lorsqu'il quitte la zone réactionnelle, le courant gazeux effluent pénètre dans la chambre de refroidissement 9 où
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un refroidissement rapide du gaz produit chaud à une température comprise entre 600 et 300*0 ou moins, est contraint de se produi- re comme décrit ci-dessus.
Comme sus-mentionné, le refroidisse- ment est réalisé le plus avantageusement à cet endroit par in- jection d'un fluide froid, soit gazeux, soit liquide en prove- nanas d'un refroidisseur 13.
Les produits gazeux effluents chaude sont refroidis avec une partie de l'effluent qui a été évacué, refroidi et re- cycle par la pompe de recyclage 10 dens la chambre de retroi- dissement. On peut effectuer un refroidissement supplémentaire avec l'eau refroidissant la surface métallique externe de la chambre de refroidissement.
On effectue une analyse des compo- santa gazeux du produit effluent par chromatographie en phase gazeuse'et/ou par spectrographie de masse
Il est évident qu'on peut utiliser des systèmes et des réacteurs appropriés pour la mise en oeuvre de la présente invention tant qu'ils fournissent des taux convenables de trans- mission de chaleur dans la phase d'alimentation gazeuse et un refroidissement convenable et immédiat de la réaction après la ; sone réactionnelle du réacteur .
Comme dispositifs appropriés, on peut citer entre autres ceux contenant une zone réactionnelle formée par un es- pace compris entre des canaux étroits chauffée en matière ré- fractaire à haute température, un espace compris entre des ti- i ges chauffées disposées régulièrement, en carbone ou en matière réfractaire à haute température ;
un espace compris entre de pe- tites particules précédemment chauffées d'un courant mobile, ain- si que le type de réacteur à espace annulaire utilisé pour la présente description de l'invention. Le réacteur utilisé doit comporter un moyen pour porter le moyen de chauffage à iras tem- pérature élevée raisonnablement uniforme dans la zone réaction-
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nelle de façon que le gens en cours de pyrolyse ne soit pas son- siblement décomposa à des températures Intérieures à Celles vou- lues* Le moyen de chauffage doit aussi être disposé de façon qu'il se produise une chute de
pression minimum dans l'appareil.
La substance solide la plue courante à éliminer de ce produit effluent par un collecteur de matières solides cet constituée par de petites paillettes de carbone formées comme produit de pyrolyse* On n'a trouvé que de' faibles quantités de produite liquides condensables de sorte qu'il 'été considéré comme inutile de prévoir un moyen pour manipuler un tel produite et on ne l'a pas utilisée On peut utiliser un système de pompage approprié quelconque comme celui représenté schématiquement sur la figure 1.
Ainsi on peut utiliser la pompe principale 14 pour aspirer la charge et l'hydrogène diluant et lea produite gazeux à travers le réacteur et la chambre de refroidissement* On peut avoir recours à une pompe de recyclage pour recycler une partie du produit à travers un refroidisseur et pour le ra- mener dans la chambre de refroidissement en vue du refroidisse- ment rapide et immédiat du produit effluent nouvellement obtenu qui quitte le réacteur* En outre,on peut prévoir un système d'échantillonnage du gaz en avalde la pompe principale,
compre- nant un compteur à gaz volumétrique et une soupape d'échantil- lonnage du gaz .
Transformation et rendements
A titre illustratif des transformations de la charge de méthane en acétylène et en hydrogène réalisées suivant le procédé de la présente invention, on peut citer les transforma- tione du méthane représentées graphiquementsur la figure 4 dans lesquelles la pression atteinte dans le réacteur a été de 100 mm Hg environ.
L'axe des x de ce graphique représenta Ion moles! de méthane disparaissant pendant la pyrolyae par 100 moles de Char-
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ge sur une base sans recyclage. L'axe des y représente les mo- les transformées en acétylène par 100 moles de charge de métha- ne au cours d'une passe unique ou sans recyclage dans la zone réactionnelle précédemment définie.
On a obtenu un grand nombre de données à partir de résultats d'essais effectués à titre d'exemple en prenant un grand soin pour délimiter les conditions opératoires en utili- sant à la fois le méthane seul et le méthane avec de l'hydrogè- ne diluant comme charge.
Les traits pleins de ce diagramme mon- trent les valeurs pour chacune des diverses températures repré- sentant la température maximum dans la zone réactionnelle. Les
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traits pleine sus-mentionnés tracés pour montrer une série de températures maxima du réacteur, définissent les résultats ob- tenue dans les conditions spécifiées.. Les résultats comparatifs
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Obtenus à des températures maximum de 1350* et 1450*0, tempéra- j tures lBflviuttXti li celles de la présente invention cet$*-à- dire àntérieures à 1500*0, maie régnant dan<' une zone rétatiofl..' nella s'approchant de l'état isotherme sont indiquas dans 1& 1 partie inférieure de la figure 4 On reaarquert.
en particulier qu'il neexiste qu'une rites spatiale poux une température don-1 née, qui définit la disparition du méthane et na transformation j en acétylènes Par exemple,, à une valeur de disparition de 80 mo-' les dot méthane pour 100 moles de charge sur une be.se sans rwoy- claie et à une température correspondant au trait plein de 1550* 0-de température maximum, la vitesse spatiale donnant ces résul-
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tata est de 3$3 sec. environ comme décrit plus haut* En fait, la disparition du méthane peut être mise en corrélation avec une' équation de vitesse de premier ordre pour me réaction homogène des gaz. Ainsi, on peut se rapprocher de la disparition du mé- thane par l'équation:
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$ s , Î21 7c 3,4'2 g '?a'' r 4a'J.' s o c ,r'r' où Il met la constante des gaz, et ? est la température en degrés.
Kelvin.
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La série des pointillé* tracée à différents angles à partir de l'origine de la figure 4 montre le rendement en fonc- tion du rapport de la transformation à la disparition, c'est-à- dire des moles de méthane transformé en acétylène, pour 100 mo- les de méthane disparu. Le trait supérieur à 45 représente le rendement de 100% chaque trait inférieur a sa valeur respective, indiquée. Ce rendement n'est basé naturellement que sur le mé- thane qui disparaît en une seule passeet en fait, il représen- te c que l'on obtiendrait sur une base d'ensemble si la totali- té du méthane du courant produit devait continuellement repart-. ser à travers le réacteur dans les mêmes conditions.
Il N'agit de rapporta simplement arithmétiques indiquant le rendement pouvant être obtenu par recyclage du méthane non transformé.Si l'on trace une ligne à travers le point d'origine, de façon qu' elle soit tangente à chacune des lignes pleines ou de températu.. re, on représente dans chaque cas le rendement Maximum sur une base d'ensemble correspondant à une température donnée du réac- teur* Une courbe indiquée en pointillés reliant ces pointe de tangenoe indique d'une façon générale les rendements maxima qui peuvent être atteints en fonction de la température de toue- tionnement.
Pour les transformations intérieures, on doit noter que de l'éthylène est également obtenu comme sous-produit* j
Il ressort également d'un examen du graphique de la figure 4 que dans les limites critiques définies ci-dessus la relation des facteurs critiques peut être sensiblement modifiée à volonté,Ainsi, à 1650*0, par exemple, si l'on désire conser, ver la consommation d'ensemble du méthane, un fonctionnement à une vitesse à laquelle 80 moles de méthane sont contraintes de disparaître pour 100 moles de charge de méthane correspond à 65 moles de méthane transformé en acétylène pour 100 moles de la charge en une seule passe.
Si l'on fait repasser le méthane non transformé à travers le réacteur, le rendement d'ensemble
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eu? une base molaire d'après ce procédé sera de 949G, c'est-à-di- re que 94 moles de méthane sont transformée en acétylène pour 100 Moles de méthane disparu* Toutefois, ai le méthane non transformé ne peut pas
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être récupéré et recyclé commodément à travers la réacteur,
on peut opérer dans le cadre de l'invention dans dea conditions de transformation maxima du méthane en acétylène sur la bâtie d'une ! seule passe* Ceci est indiqué par le trait pointillé courbe pas- sant par le point le plus élevé de chacune des lignes de tempe- ! rature du graphique de la figure 4 Ainsi, au cours d'une seule
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passe, à une température maximum de pyrolyse de 165000,
une die-i
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parition de 91% du méthane chargé dans le réacteur correspond à une transformation de 80 moles de méthane en acétylène pour 100
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raoloi de méthane et ceci constitue la transformation la plus é- levée ou maximum susceptible d'être obtenue à cette température dans des conditions de vitesse spatiale quelconques.
On doit noter que pour une ligne de température quel- , conque, la courbe représentant la transformation maximum se tou
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ve toujours à droite de la courbe représentant le2endement -ei-, ' mua et ia transformation maximum correspond toujours s -.6 trans- formation supérieure à celle du rendement aaximuaji ap.2ement, elle ne trouve toujours à une valeur supérieur ''#e disparition de 1'acétylène . Ceci est possible du fait .& pour la transfo-- station maximum, une partie de l1 acétylène lormd se décompose com-
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me représente par la disparition supér. Jure correcpondanu. Finalement, on peut dési.s obtenir le produit ga- eaux de façon qu'après l'élimination de l'acétylène, il reste un courant d'hydrogène relativement pur contenant de très fai-
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bleu quantités de méthane.
A ce sujet, à 1650"Ct il >r 4*14f at j qu'une disparition de 99 du méthane chargé, c'sst . 1;" ri o- les de méthane disparaissant pendant la pyrolyse pour bzz 30les de la charge de méthane, correspond à "2 moles de n.than.- tx&&9-
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formé en 36 moles d'acétylène pour 100 moes de charge au court d'une seule passe* Cette courbe montre ainsi la mise en oeuvré
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du procédé à des valeurs de disparition supérieures à celles cor- reapondant à la transformation maximum. le graphique de la figure 4 définit de façon géné-
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rale les conditions pour tout fonctionnement voulu;
o'est-a-dire une transformation maximum par passe, un rendement maximum, une quantité minimum de méthane non transformé dans l'effluent etc*
On doit noter également qu'après la séparation de l'acétylène du produit gazeux suivant les processus classiques, on peut obtenir de l'hydrogène de plus grande pureté et une meil- leure utilisation du méthane que celle susceptible d'être obte- nue par le craquage primaire en acétylène ;
par une pyrolyse ulté- rieure de second ntade de l'effluente
Les traita pleins courbes représentés sur la figure 4 indiquent la transformation en acétylène à des températures de
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17500 et 1800*0. Ces traits sont basés sur une corrélation de toutes les données obtenues, y compris celles obtenues à ces t
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températures ainsi qu1 d'autre températures inférieures. Dm conditions opératoires sont si critiques dens cette régie*, que bien que les données dont on dispose indiquent clairement l'ap-
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ttud< à la xîoo en oeurrre du procédé, elle* ne sont pas suffi- tMLnt définies pour définir précisément les courbes.
Ainsi en opérazt à des température maximum de 1800* à ZOOUOO9 et dans les autres limites critiques déorlttfc oiydessus, on peut atteindre des disparitions du méthane de 99 et des rendements en acitylèno utilisant 99 moles pour 100 moles* de la charge de méthane qui disparaît. Des j températures supéri- oures à 200000 donnent une faible amélioration pratique de la quantité ou de la pureté du rendement en acétylène, et peuvent aboutir à la présence de quantités significatives de 4iacétllne: dans 1'affluent.
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On doit noter que les rendements maximum indiquée
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dans la description de la figure 4, bien qu'ils soient dormès titre indicatif de ceux obtenue en moyenne, ne représentent pas nécessairement les rendements les plus élevés susceptibles d'ê- tre obtenue dans le cadre de la présente invention au cours d'u- ne coule passe, ou par suite d'une série de passes* lies exemples suivants choisis parmi les nombreuses déterminations expérimentales qui ont été faites pour définir les courbes de la figure 4 sont donnés encore à titre illustra- tif de l'invention. Dans chaque exemple, les expressions Cc,
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01 et C sont définies de la façon suivante! 0 0 m moles de méthane disparu pour 100 moleki de charge parpaoati i 0 - moles de méthane transformé en acétylène pour 100 moles de charge par passe C moles de méthane transforma en aoétyle'ie pour 100 Molea dt charge par passe .
En outre, les analyses présentées n'indiquent pas les ' quelques dizaines de pour cent d'autres hydrocarbures,en grande partie de l'éthane, qui apparaissent dans presque tous les en-
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eaie. EXEMPLE 1 - On a fait passer un gaz consistant en 99% de méthane
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et contenant de faibles quantités d'azote, d'hydrogène, doxygè-, né et d'oxyde de carbone à travers un réacteur du type décrit ci.-deef;uo;
le volume du gaz chargé dans le réacteur, c'est-à- dire le débit volum6triçue de la charge d'hydrocarbures à 0*0 et à une atmosphère de pression absolue, qui peut être exprimé
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par Xyz,, par rapport au volume libre de la zone réactionnelle, et'eet-à. dire la zone réactionnelle ou la température pyrolytique maximum est atteinte et qui peut être exprimé par 7-, est de 1,96 seconde-1 6 la zone réactionnelle comme défini ci-dessus commence à l'endroit le long du réacteur où l'on atteint une température mesurée de 250*0 environ au-dessous de la toupératu- re maximum observée et se termine au point de refroidiojtnont et¯.¯
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Naturellement,
la partie du système dans laquelle la température est au-dessous de celle de l'entrée de la zone réactionnelle peut être considérée comme étant une section de préchauffée dans laquelle il se produit une petite partie de la réaction totale.
La vitesse spatiale de 1,96 sec.est choisie comme, moyen de description du temps de contact des gaz dans la zone réactionnelle du fait que le calcul classique du temps de con- tact est sujet à des différences d'interprétation en raison du changement rapide du volume et de la transformation des gaz* Pour cet exemple, la vitesse spatiale de 1,96 sec.-1 correspond à un temps ou durée de contact de 0,010 seconde environ. Tous les vo- lumes utilisés dans la présente demande sauf indication contrai- re indiquent les volumes dans des conditions classiques de 0 C et d'une atmosphère de pression. La pression moyenne du réactaur a été maintenue à 101 mm Hg de pression absolue, et la tempéra- ture maximum de la zone réactionnelle du four entre 1550* et 1575 C.
A la sortie du réacteur, c'est-à-dire à la sortie de la zone réactionnelle, on a refroidi le produit gazeux avec un pro- duit gazeux de recyclage refroidi qui a été recycle à une vites- se 10 fois supérieure environ à la vitesse du produit gazeux, le mélange et le refroidissement se produisent dans une tête refroi- die par eau.
L'analyse du produit en pour cent en volume est la suivante,
Acétylène = 16,1
Ethylène = 0,7
Hydrogène = 76,6 Méthane =' 5,6 co qui correspond à t '
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10 8?, i '"11, 60,0 CE 2p6
Ceci semblerait représenter la transformation sensi- élément maximum du méthane en acétylène pour 100 moles de charge ; de méthane en une seule passe à cette température, et corres- pond à un rendement d'ensemble de 68,4 moles de méthane transfor- mé en acétylène pour 100 moles de méthane disparu.
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On doit noter que les symboles V., V , 0. et 0 et .
CE utilisés dans la présente demande sont utilisés ci-après, et ont la même signification que ci-dessus* EXEMPLE 2.- (a) - On a fait passer un gaz constitué par plus de
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z996 de méthane à travers un réacteur du type décrit ci-dessus et; utilise dans l'exemple 1 ayant une température maximum dans sa zone réactionnelle comprise entre 1650 et 167500. On a règle le ' débit du méthane à travers le réacteur de façon que XJ 7 " 1,84 sec* ¯1 .La pression absolue moyenne du réacteur a été de 100 mm Hg .
On a refroidi le produit gazeux comme dans l'exem- ple 'le l'analyse du produit en pourcent en volume a été
Acétylène = 21,1
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Ethylene 0,0 Hydrogène ?4,a .
Méthane 4,9 ce qui correspond à :
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co 9097 0. 80,5 Ce 0,0
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Ceci représente une transformation sensiblement maximum du méthane en acétylène pour 100 moles de charge de mé- thane en une seule passe à cette température=et correspond un rendement global de 88,6 moles de méthane transformé en aoé- thylène pour 100 moles de méthane disparu* (b) - En répétant le processus ci-dessas excepta que la vitesse spatiale Vf/VR est modifiée à 4,85 sec.-1, on obtient les valeurs suivantes j
Cc = 64,3
CA = 57,2
CE = 0,7 ce qui correspond à un rendement global de 89,
1 moles de métha- ne transformé en acétylène pour 100 moles de méthane disparut Toutefois on doit noter que bien que le rendement global soit légèrement supérieur, il existe de l'éthylène et du méthane en de plus grandes quantités dans ce produite
Comme exemples des transformations du méthane dans un mélange de charge de méthane et d'hydrogène en acétylène et en hydrogène, réalisées suivant un aspect de la présente invention,
on peut citer les transformations du méthane repré- sentées graphiquement sur les figures 5 et 6 dans lesquelles l'effet de la température et du rapport du méthane à l'hydrogène de la charge respectivement sont indiqués. Dans chaque cas, les axes des x de ces graphiques représentent les moles de mé- thane disparaissant pendant la pyrolyse pour 100 moles du métha- ne admis dansle réacteur sur une base sana recyclage.
Le* axes des % représentent les moles de méthane transformé en acé- tylène pour 100 moles de méthane admis dans le réacteur, comme pour les axes des x, sur une base sana recyclage ou pour une seule passe à travers la zone réactionnelle précédemment définie.
On a obtenu un grand nombre de données à partir de nombreux essais effectués à titre d'exemple pour délimiter les conditions opératoires en utilisant l'hydrogène comme diluant
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pour la charge de méthane. Les courbes du graphique représentées; sur la figure 5 montrent les valeurs pour chacune des diverses températures, les températures indiquant la température maximum régnant dans la zone réactionnelle. Attendu qu'il est expériemn- talement difficile de fixer la température maximum de la zone réactionnelle d'une façon exacte à un niveau prédéterminé, ces courbée représentant en réalité une série d'essais à quelques degrés de températures mentionnées.
D'une façon générale, elles
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sont i\ moins de 2000 des températures mentionnées. Ainsi, les wourbea en trait plein eus-mentionnées traodes 1 titre illustra- tif maie non limitatif d'une série de températures mr3xintra du réacteur définissent les résultats obtenus dans les conditions spécifiées.
Dans ces séries d'enealov on doit noter que la die- parition du méthane est définie par la "vîtesse spatiale effec- tige ", Se, pour une température donnée..La transformation en acétylène varie légèrement suivant la vitesee d'augmentation de la température avant la température meac3x.wa et la vitesse de diminution de la température dans la zone de retroidlmuemint mais les courbes représentent des conditions pouvant être faci- lestent obtenues par des techniques classiques.
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La disparition du.
méthane dans la variante du proche- dé utilisant l'hydrogène se produit également par une réaction pyrolytique en phase gazeuse homogène de premier ordre dont la
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vitesse c'est avérée être approximativement de t k - 03 x 1012 e ?5,400/TR$eo-1 où R est la constante des gaz et 3? est la température en degrés Kelvin.
Ceci est parfaitement en accord avec les données publiées' dans la littérature pour la décomposition homogène en phase ga-
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zeuee du méthane; ces données ont été obtenues dans une large gamme de températures et de pressions, dans de nombreux typas
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différents de systèmes présentant des surfaces de nature tliffé- ; rente, dans une large gamme da rapporta de surface ift voe el et avec des rapports do longueur :.;ic;.,w-tre (ou soceph 4roltA) très différents.
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On dispose, en outre, de nombreuses référence pour ce qui semble être la décomposition catalytique du méthane dans lesquelles les vitesses de décomposition sont bien supérieures et d'autres dans lesquelles le rendement en coke ou en hydrocar- bures à poids moléculaire élevé est sensiblement supérieur.
Attendu que les résultats donnée par la présente demande conoor- dent tellement bien avec les résultats d'une réaction homogène, il semble que ces effets soient absents dans ce cas. Ainsi, on pense que le procédé décrit est affecté du fait qu'on le rap- proche étroitement d'une zone réactionnelle isotherme, par le réglage étroit de la durée de la réaction,
et par un effet de l'hydrogène qui contraint la décomposition du méthane en acéty- l ène à être favorisée par rapport à la Décomposition en co@@ lorsque le réacteur fonctionne à des pressions sensiblement su- périeures à 100 mg Hg de pression absolue
La line droite à 45 partant du point d'origine représente des rendements de 100% d'acétylène sur la base de la teneur en méthane de la charge.
La série des pointillés reoti- lignes à des angles différente à partir du point d'origine mon- tre le rendement en fonction du rapport de transformation à la disparition, c'est-à-dire des moles de méthane transformé en acé- tylène pour 100 moles de méthane disparu, et chaque ligne inf3- rieure a sa valeur respective indiquée. Ces pointillés sont ba- sée naturellement sur la disparition du méthane en une seule passe; en fait, ils représentent le résultat auquel on s'attend finalement en tant que résultat global si la totalité du métha- ne qui n'a pas réagi du courant du produit devait être recyclée continuellement dans le réacteur dans les mêmes conditions.
Ces lignes représentent des rapports arithmétiques indiquant les rendements susceptibles d'être obtenus en recyclant le méthane non transformé dans les mômes conditions.
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Si l'on trace la tangente du point d'origine h chacun- ne des courbes indiquées on trait plein, dans cahque cas, elle représente au point da tangence, le rendement maximum global correspondant à une température donnée du réacteur.
Il est également évident d'après un examen du graphi..; que représenté sur la figure 4 que dans les limites critiques définies plus haut, la relation des facteurs critiques peut lire sensiblement modifiée à volonté. Ainsi, comme représenté sur la figure 5 à 1650 0, et à 32,2 moles pour cent de méthane dans la charge, la valeur maximum de la transformation globale du
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méthane en acétylène, c'est-à-dire sur la base du méthane d.spa- rUt ne se produit qu'à 75 environ dus disparition du méthane;
ceci correspond à une transformation globale de 8',, en aoéty-.
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lènep le méthane affluent étant recyclé dans les mêmes condi- tions. Ceci correspondrait à la disparition optimum du méthane si l'on désirait conserver le méthane, et si l'on pyrolysait
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un mélange de 32,2% de méthane dans l'hydrogène à 1650*0 et soue une pression absolue du réacteur de 1 atmosphère environ.
Toutefois, dans les marnes conditions de concentra- tion de la charge, de pression du réacteur, et de température, si l'on désire obtenir la transformation maximum du méthane en acétylène en une seule passe, elle se produirait à 91% environ de disparition du méthaneet correspondrait à une transforma- tion nana recyclage du méthane en acétylène de 71% environ. le rendement d'ensemble, sur la base du méthane transformé, serait
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de 7832% Ceci constituerait le niveau optimum de disparition,) alorss'il n'était pas commode ou économique de récupérer ou de r&oyoler le méthane non transformé à travers le réacteur.
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!|a transformation maximum du méthane en acétylène la ue.aeta, passe se produit toujours, pour une courbe donnée, drit, eîeBt-&-diM & Une disparition aupériêw4,o dW &ê-V&m9, de 14 transformation à laquelle le rendement maximum de l'a- céty4but u la base du méthane disparu diminue. On peut 1 '
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pliquer par le fait qu'à la vitesse spatiale effective" infé- rieuxe nécessaire pour la plus grande disparition du méthane, une certaine partie de l'acétylène produit a été décomposée ou a réagi autrement de façon à ne pas quitter le réacteur sous forme d'acétylène*
De plua,
il peut être souhaitable d'obtenir une composition du produit gazeux de façon qu'après élimination de 1'acétylène il reste un courant d'hydrogène relativement pur, comprenant de très faibles quantités de méthane.
Ceci peut être particulièrement vrai lorsque des quantitéo relati- vement grandes d'hydrogène sont comprises dans la charge comme diluant. Ainsi, si l'on désire éliminer une aussi grande quan- tité de méthane que possible de l'effluent, on peut obtenir des rendements raisonnables en acétylène une disparition du méthane encore supérieure à celle à laquelle se produit la transformation en acétylène par passe? Ainsi, à une dispari- tion du méthane de 96%, et par ailleurs dans les mêmes condi- tions, il se produit une transformation en acétylène de 60%; le rendement global de cet ensemble de conditions est de 62,6% environ.
Il ressort également d'après les courbes qu'on peut obtenir des rendements encore plus favorables en acétylène par passe, et également sur une base globale, en augmentant la température à un niveau supérieur dans la zone réactionnellé.
Ainsi, le graphique représenté sur la figure 5 définit les conditions pour un fonctionnement voulu quel- conque c'est-à-dire une transformation maximum par passe en acétylène, un rendement maximum d'acétylène avec recyclage du méthane et une quantité minimum de méthane non transformé dans l'effluent.
On doit noter que le graphique représenté sur la figure 0 concerne un mélange de 67,8 molto% d'hydrogne et de 32,2 moles% de {toute à une pression absolue du réac teur de 1 atmosphère environ
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Dans certains cas, il peut $tre souhaitable d'o- pérer à des rapporta sensiblement différents du méthane à l'hydrogène de ocux du mélange décrit dans l'exemple précèdent,
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c'eat-à-dire sur la figure 5.
±' effet des rapporta du méthane à l'hydrogène est
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Indique graphiquement sur la figure 6 dans laquelle: à 1650*0 et sensiblement à une pression absolue du réacteur de 1 at- mosphère, la pyrolyse d'un mélange de 21.5% du méthane et de
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78t5% d'hydrogène est comparée avec celle dun mélange de 322 de méthane et de 67ta d'hydrogène sensiblement dans les mêmes conditions de température et de pression du réacteur*
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Il ressort de la figure 6 qu'à tinte pression absolue du réacteur de 1 atmosphère, l'effet de 1'tmgmem.aiion du rapport de l'hydrogène au méthane affecte :.es rendements d'une seule passe et global de 1' acétylène d'une façon analogue à celle de l'augmentation de la. température du réacteur.
Cet
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effet peut titre provoqué par la plus grande stabilité de l'a- oetylece aux rapporta supérieurs de l'hydrogène au carbone de la charge ou au fait que la concentration de l'acétylène
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dans le gas affluent est intérieure, et par suite que 1:&04- i
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tylène réagit plus lentement. Ainsi, on a constaté qu'en aitg- i mentant la pression moyenne du rdacteur h 1,45 atmosphère ; environ de pression absolue avec une charge constituée par 't2 dIt méthane et â7,89G d'hydrogène, et le réacteur 'tant à 1650*0 environ, la courbe ainsi obtenue de la transformation en fonction de la disparition (voir figure 6), la courbe in-
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feriaure, tombe uenaibl<!!xent au-dessous de la cotrbe de '2,2 de méthane à une pression absolue de 1 atmosphère.
Attendu
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que la pression partielle du méthane de la charge bute grecs* sinon totale absolue de 1, ° atmosphère est de prequo osez atmosphère, il semble que seule une partie de l'effet Ae. 41îQ- ' ti,on de l'hydrogène par rapport au rendement de l'&c.ï& eat provoquée par la diminution t: 1-i pression .t>a,.'1;.f. à as
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composante du mélange;, autres que l'hydrogène* Ainsi, il est évident que le 'procède optimum de pyrolyse ne doit pas nécessairement comprendre un seul réac- teur ou un seul ensemble de conditions réactionnelles utilisées dans une série de réacteurs.
Par exemple, il peut être souhai- table de modifier les conditions de température, de pression et de concentration du méthane dans une série de réacteurs.
Ceci constitue une autre des formée)de réalisation envisagées par la présente invention. Ainsi, par exemple, le méthane à la concentration la plus élevée pourrait Atre partiellement pyrolyse à très hautes températures à un niveau de disparition du méthane auquel l'efficacité de l'utilisation du méthane serait la plus élevée. Après avoir séparé l'acétylène de l'ef- fluent (et de l'éthylène , si on le désire), l'effluent consis- terait en du méthane plus fortement dilué par l'hydrogène.
Ce mélange pourrait alors être pyrolyse à une température in- férieure pour parvenir de nouveau à une grande efficacité d'utilisation du méthane. Après avoir séparé l'acétylène de ce courant, un courant très dilué du méthane dans l'hydrogène pourrait Atre comprimé à des pressions sensiblement supérieu- res à la pression atmosphérique et pyrolyse dans un réacteur dans lequel pratiquement la totalité du méthane aurait disparu.
On doit noter que les rendements maxima indiqués par la présente demande en se référant aux figures 5 et 6, bien qu'ils indiquent ceux obtenus en moyenne, ne représen- tent pas nécessairement les rendements les plus élevés susoep- tibles d'être obtenus dans le cadre do la présente invention au cours d'une seule passe ou par suie d'une série de passes.
Les exemples suivants obtenus à partir d'un grand nombre de déterminations expérimentales qui ont été effectuées pour définir les courbes des figures 5 et 6 sont dogmes encore à titre illustratif de l'invention. Dans chaque exemple, los expressions CO,CA, CE et YA sont définies de la façon
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suivante.
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00 et moles de méthane disparu pour 100 moles de charge de méthane par passe 11). m moles de méthane transformé en acétylène pour 100 molcw de charge de méthane par passe CE = moles de méthane transformé en éthylène pour 100 moles de charge de méthane par passe YA moles de méthane transformé en acétylène pour 100 moles de méthane disparu.
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Bn outre, les analyses données n'indiquent pas d'autres hy- drocarbures, dont certains apparaissent dans tous les essaie mais dans la proportion généralement de 0,4 mole % environ ou moins,et qui en tout cas au total ne dépasse pas 1% environ, Egalement, le carbone solide n'est pas indiqué dans ces ana- lyses.
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ffXSMpSE ?
On a fait passer un gaz contenant 32,2 moles % de méthane et 68,8 moles % d'hydrogène à travers un réacteur du type décrit plus haut. Comme défini ci-dessus, la zone réac- tionnelle est la zone qui commence à une température de 250*0 environ au-dessous de la température maximum observée dans la zone réactionnelle et se termine à l'endroit om se produit le refroidissement.
Le volume de la sono réactionnelle est
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Yx1 la vitesse spatiale 3 vp est prise en tant qu'écoulement total du gaz mesuré à 000 sous une pression absolue de 760 mm Hg en mètres cubes par seconde, admis dans cette zone E4cti"- #ônneXl* définie, divisé par le volume de la zone réactionnelle en mètres cubes. La "vitesse spatiale effective" , Se, est obtenue de la façon suivante
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*1 Se , *$ce .1 atm. oi4 r 4et la pression totale du réacteur en atmosphères. Dajut cet exemple Mrpreasion absolue totale du céactour est de 1 atmosphère environs.
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partiez
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la température maximum observée.dans le réacteur
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aat de 1660*0* Se # 14,5 aeo. atmosphère; Dana ces oondl- tions opératoires le gaz effluent présente l' analyse ouïyan- te (noies) 8
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Hydrogène s 88, .
Méthane 8 189214 Acétylène ! 8,90% Ethylène 0051% i 99 T3? Toutefois, dans cou conditions les résultats
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d'une Boule passe sont
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CQ 9294% 0,& 71,5 0fi - 4,1 Le rendement global (o'eat-a-diye sur la bas*
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du méthane disparu) de l'acétylène à partir du méthane est
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TA - 77,3 ;
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BARTIE IB On a conduit cet *suai dans lea zamea conditions que dans l'exemple Il mais la température iuLxiuLux Au réacteur est de 1740*0 environ et Se m 3006 seconde stacosphèxs'.
Dans ces conditions, l'analyse d]g gas affluent est 8 Hydrogène 871%
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Méthane 9 2146 Aoetylëna 4 9,78 Zthylène 8 0,29 99,63% l'analyse ci-dessus correspond ,ut tratataxur suivantes 8
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00 # 90,236 ci 78.2" ci; 993% Il 8698%
PARTIE 1C En utilisant les conditions de l'exemple IA, maie
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à un* température maximum du réacteur de 1920*0 et à Se 2,65 880.-1 atmosphère" , on a obtenu les résultats suivants* L'analyse du gaz effluent est la suivante (moles%).
Hydrogène <' z
Méthane 1 2,49
Acétylène 6,63
Ethylène : 0,75 99,87 lien chiffres ci-dessus correspondent à
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0Q 90.
CA 'a 52,6 CE 5,9
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y... :la z EXEMPLE 4 A une pression absolue de 1 atmosphère environ,
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à une température maximum de la zone réactionnelle de 1650*0 et à Se = 28,1, avec 21,5 moles% de méthane dans un mélange de charge de méthane et d'hydrogène, l'analyse de l'effluent de la zone réactionnelle est la suivante
Hydrogène 90,2%
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Méthane t 2,23 Acétylène 7,20
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Ethylène '-"1 --0,32
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l'analysa ci-dessus correspond à
CO = 87,5%
CA = 78,5
CE = 4,0
YA = 89,8
EXEMPLE 5
On fait passer à travers la zone réactionnelle un gaz contenant 46,8 moles% de méthane mélangé avec 52,
4 mole$% d'hydrogène, 0,7 mole% d'azote et une faible quantité de CO2 à une température maximum du réacteur de 1725*0, environ, La pression régnant dans le réacteur est une pression absolue de 1 atmosphère, et Se correspond à 32,8sec.-1 atmosphère
Dans ces conditionne l'analyse de l'effluent gazeux est la suivante (moles %):
Hydrogène 83,25 Méthane : 5,12 Acétylène 10,74 Ethylène 0,45
99,56 Ceci correspond aux valeurs de transformation suivantes :
CO = 84,9%
CA = 63,5
74,8 EXEMPLE 6
On a fait passer un gaz contenant 2,45 moles% environ de méthane, 97,4 moles% d'hydrogène et 0,5 mole% environ d'azote à travers la zone réactionnelle à 1635*0 à un débit correspondant à Se - 2,23 sec.-1 atm.-1. A essentiel- lement 1 atmcsphère, l'effluent gazeux contenait le pourcen- tage molaire suivait ; '
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H2 = 99,0 CH4 = 0,51
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2H2 . 0, 34 C2H4 = 0,11 Cette analyse correspond à : CO = 79,1% CA = 27,8 CE = 9,1
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Y,4 . '5,2 EXEMPLE
On a fait passer à travers la zone réactionnelle à,
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un débit correspondant à Se * 23,7 seo.-l atm.
.1 à ur.. texapé- raturemaximum observée de 1780 C, un gaz consistant en 34,9 moles': H2 environ, en 32,5 moles% CH4 et en 32,6 moles $
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d'azote (moino de 0,1?! à la foie de 02 et de C02 existant également)* La pression absolue du réacteur à été essentielle- ment d'une atmosphère. Dans ces conditions, on a obtenu un gaz effluent contenant les pourcentages suivants :
Hydrogène 65,9
Méthane 9,39
Acétylène 8,33 Ethylène : 0,25 D'autre. gaz hydrocarbonée étaienpréseats, chacun dans la
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proportion de 4, 47 ou moins, et 1' effluent contenait 25 d'a- zote environ. sur la base de la charge de méthane, cotte analyse correspond à :
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0 . 98-,--4" - - 0 - 67,6?* CI r^-"¯. 2 1'.1 . 68,7'"